一种路面结构动态位移测量装置及方法与流程

本发明涉及位移测量技术领域，特别是涉及一种路面结构动态位移测量装置及方法。

背景技术：

在工程实践中，尤其是公路行业，经常需要测量路面结构在某种冲击载荷或静态载荷作用下的位移响应，或者需要长期观测某处地基的沉降情况。目前，常用的路面结构位移测量方法主要包括接触式测量方法和非接触式测量方法。接触式测量主要采用接触式位移传感器、拉线传感器等来测量路面结构位移变化。非接触式测量主要包括光学测量、惯性测量、定位测量等方法。其中，光学测量主要采用激光测距仪进行位移测量，惯性测量主要采用惯性器件(如加速度计)测量加速度积分后得到位移，定位测量主要采用卫星定位或区域定位的方法进行位移测量。这些测量方法目前在工程实践中广泛应用，但对于路面结构位移测量比较可行的方法为接触式位移传感器测量和光学测量两种方法。一般情况下，该两种方法均能够满足工程测量需要，但在某些特殊工况，例如当需要测量的路面结构上方有遮挡或需要测量路面结构内部某位置的动态位移响应时，传统的接触式位移传感器测量和光学测量方法就不再可行，必须寻求新的测量方法。

技术实现要素：

本发明实施例中提供了一种路面结构动态位移测量装置及方法，以解决现有测量路面结构动态位移的装置及方法不能满足路面结构上方有遮挡物时测量路面结构动态位移，以及不能测量路面结构内部位置动态位移的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

一种路面结构动态位移测量装置，包括液体管路、液压传感器以及位移计算器；其中，

所述液体管路为内部注入液体的直径固定的可弯曲管体；所述液体管路一端的端口埋设于待测量路面结构下，作为所述液体管路的埋设端,所述埋设端与所述液压传感器密闭连接；所述液体管路另一端的端口伸出路面且不密闭，作为所述液体管路的出露端；

所述液压传感器与所述位移计算器电连接，用于实时测量所述埋设端处液体的液体压力数据，并将所述液体压力数据传输至所述位移计算器，以使所述位移计算器根据所述液体压力数据计算待测量路面结构的动态位移。

可选地，所述液压传感器具有数据获取端和数据传输端；其中，

所述数据获取端与所述埋设端密闭连接，在所述液体管路内部注入液体时与液体接触，并测量所述埋设端的液体压力数据；

所述数据传输端通过数据线与所述位移计算器电连接，将所述数据获取端测量的液体压力数据传输至所述位移计算器。

可选地，所述数据获取端的外表面与所述埋设端的内表面相匹配；所述数据获取端可插入所述埋设端内，使二者形成密闭连接。

可选地，待测量路面结构的路面上，或者，待测量路面结构周围预设范围内的路面上，设置有一端埋设于路面下，另一端伸出路面面的中空管槽；所述出露端通过所述中空管槽伸出路面并固定。

可选地，所述待测量路面结构为预设范围内的路面，或者，所述待测量路面结构为预设范围内路面下预设深度处的地下结构。

可选地，所述液体管路中注入的液体为水。

一种路面结构动态位移测量方法，包括：

获取待测量路面结构下液压传感器测量的液体初始压力数据；

监测待测量路面结构下液压传感器测量的液体实时压力数据；

根据所述液体初始压力数据及所述液体实时压力数据计算待测量路面结构的动态位移。

可选地，所述根据所述液体初始压力数据及所述液体实时压力数据计算待测量路面结构的动态位移，包括：

利用以下公式计算待测量路面结构的动态位移：

其中：Δh为待测量路面结构的动态位移；p为所述液体实时压力数据；p₀为所述液体初始压力数据；ρ为液体管路中液体的密度；g为重力加速度。

由以上技术方案可见，本发明实施例提供的路面结构动态位移测量装置及方法，将液体管路一端的端口作为埋设端，与液压传感器密闭连接并埋设于待测量路面结构的下方。同时，将液体管路另一端的端口作为出露端，伸出路面且不密闭，与大气直接接触。

液压传感器与位移计算器电连接，能够实时测量埋设端的液体压力数据，并将液体压力数据传输至位移计算器。

在没有额外载荷对待测量路面结构施加压力时，测量埋设端的液体压力数据，并将此数据作为液体初始压力数据；在有额外载荷对待测量路面结构施加压力时，路面结构可能会发生位移，从而带动埋设端发生位移。例如，埋设端向待测量路面结构下方下沉。基于大气平衡原理，液体的压力与其距离地面的高度成正比，即，位于地面下方的深度越大，液体的压力越大。因此，将有额外载荷对待测量路面结构上方施加压力时，埋设端处液体的液体压力数据作为液体实时压力数据。

利用液体初始压力数据以及液体实时压力数据，通过位移计算器计算待测量路面结构的动态位移。

采用本发明实施例中的装置及方法，不仅能够在路面结构上方有遮挡物时测量路面结构的动态位移，并且能够测量位于地下某深度处路面结构的动态位移。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种路面结构动态位移测量装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种路面结构动态位移测量方法的流程示意图。

附图中主要部件符号说明：

1：液体管路 2：液压传感器

3：位移计算器 4：液体

5：待测量路面结构 6：数据线

7：重物

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种路面结构动态位移测量装置的结构示意图，包括：液体管路1、液压传感器2以及位移计算器3；其中，

液体管路1为内部注入液体4的直径固定的可弯曲管体，在外部对液体管路1施加压力时，液体管路1的直径不发生变化。液体管路1为中空管体，内部可盛装液体4，液体4的盛装量根据实际情况而定。

在本发明的一个具体实施例中，上述液体4可以为水。或者，在使用环境温度较低或较高时，上述液体4也可以为不易结冻或不易蒸发的液体。

如图1所示，液体管路1一端的端口埋设于待测量路面结构5下，作为液体管路1的埋设端，并且，该端口与液压传感器2密闭连接。

埋设端与液压传感器2的密闭连接方式可以为：液压传感器2插入埋设端内部，二者紧密相连，形成密闭连接；或者，也可以为：液压传感器2与埋设端的端口相接触，二者外部采用密封胶带等固定密封，形成密闭连接。在本发明实施例中可采用多种方式将埋设端与液压传感器2密闭连接，只要能使埋设端处的液体4不流出，且液压传感器2能够测量埋设端处液体4的压力数据即可，具体方式并不一一列举。

将埋设端连同液压传感器2共同埋设于待测量路面结构5之下，以便于待测量路面结构5发生位移时，埋设端和液压传感器2能够随之发生位移。

液体管路1另一端的端口伸出路面且不密闭，将此端作为液体管路1的出露端，使其与大气直接连通。

如图1所示，液压传感器2与位移计算器3电连接，用于实时测量液体管路1上埋设端处液体4的压力数据，并将液体压力数据传输至位移计算器3。在本发明的一个实施例中，液压传感器2可以通过数据线6与位移计算器3电连接。

液压传感器2将所测量的液体压力数据传输至位移计算器3，位移计算器3根据液体压力数据计算待测量路面结构5的动态位移。

在本发明实施例中，计算待测量路面结构5的动态位移可以采用下述方式：

当没有额外载荷对待测量路面结构5施加压力时，测量液体管路1上埋设端处液体4的液体压力数据，并将此数据作为液体初始压力数据。例如，待测量路面结构5上方除原始覆盖的物体外，没有额外的物体对待测量路面结构5施加压力，此时，待测量路面结构5不会发生位移，因此，将埋设端处液体4的液体压力数据作为液体初始压力数据。如图1所示，液体管路1可以平行放置于待测量路面结构5的下方，在图1中，内部填充图案的液体管路1为液体管路1没有发生位移时的初始状态。

当有额外载荷对待测量路面结构5上方施加压力时，路面结构可能会发生位移，从而带动埋设端发生位移。例如，如图1所示，待测量路面结构5上方放置额外的重物7，该重物7向待测量路面结构5施加压力，使待测量路面结构5发生向下的位移，从而使埋设端随之向待测量路面结构5的下方下沉。在图1中，以虚线表示的液体管路1为液体管路1发生位移时的状态，此时液体管路1向下倾斜。基于大气平衡原理，液体压力与其距离地面的高度成正比，即，位于地面下方的深度越大，液体的压力越大。因此，将有额外载荷对待测量路面结构5上方施加压力时，液体管路1上埋设端处液体4的液体压力数据作为液体实时压力数据。

液体4的液体压力数据在液体管路1发生位移时产生的变化，可以间接反映出液体管路1发生位移的情况，进一步可以反映出待测量路面结构5的位移变化。

因此，在本发明公开的实施例中，可根据上述液体初始压力数据及液体实时压力数据，基于公式p＝ρg h，反算路面结构的动态位移变化。具体计算方法为：

其中：Δh为待测量路面结构5的动态位移；p为液体实时压力数据；p₀为液体初始压力数据；ρ为液体管路1中液体4的密度；g为重力加速度。

如图1所示，h为液体管路1发生位移之后，出露端液体4液位高度与液压传感器2之间的距离；h₀为液体管路1没有发生位移时，出露端液体4液位高度与液压传感器2之间的距离；Δh为液体管路1发生位移前后，液压传感器2的位移，即，待测量路面结构5的位移。

利用上述方式，即可测量出待测量路面结构5的动态位移情况。

在测量路面结构动态位移的实际情况中，对路面结构施加的压力可以是静态载荷，也可以是动态载荷，例如，车辆经过路面结构时，路面结构承受的载荷为动态载荷，因此，本发明公开的实施例中，既能测量路面结构承受静态载荷时的位移，也能测量路面结构承受动态载荷时的位移。

在本发明公开的另一个实施例中，前述实施例中的路面结构动态位移测量装置中，液压传感器2具有数据获取端和数据传输端；其中，

数据获取端与液体管路1上的埋设端密闭连接，密闭连接方式与前述实施例相似，此处不再赘述。

在本发明公开的实施例中，液体管路1一般水平埋设于待测量路面结构5的下方；或者，液体管路1倾斜埋设于待测量路面结构5的下方，其中埋设端的埋设深度大于液体管路1上其他埋设部分的埋设深度。从而，在液体管路1内部注入液体4之后，埋设端处持续处于充满液体4的状态。

因此，数据获取端在液体管路1内部注入液体4时能够与液体4接触，并测量出液体管路1上埋设端处液体4的液体压力数据。

数据传输端通过数据线6与位移计算器3电连接，并能够将数据获取端测量的液体压力数据传输至位移计算器3。

在本发明公开的一个实施例中，前述实施例中数据获取端的外表面与液体管路1上埋设端的内表面相匹配，使数据获取端能够插入埋设端内，二者形成密闭连接。例如，数据获取端为圆柱形，其横截面的直径与埋设端内表面的直径相同，数据获取端能够插入埋设端内，二者紧密嵌套，形成密闭连接，令液体4不能由埋设端流出。

或者，数据获取端可以为具有螺纹状外表面的柱体，埋设端的内表面具有与数据获取端外表面螺纹相匹配的螺纹，数据获取端可以利用与埋设端相匹配的螺纹外表面，旋转插入埋设端，使二者紧密连接，令液体4不能由埋设端流出。

在本发明公开的另一个实施例中，路面上设置有一端埋设于路面下，另一端伸出路面的中空管槽，液体管路1上出露端通过中空管槽伸出路面并固定。该中空管槽可以设置于待测量路面结构5周围预设范围内的路面上，也可以设置在待测量路面结构5的路面上。

在本发明公开的一个实施例中，待测量路面结构5为预设范围内的路面，例如，5平方米范围内的路面，液体管路1的埋设端可以设置在待测量路面中心位置的正下方；或者，待测量路面结构5为预设范围内路面下预设深度处的地下结构，例如5平方米范围内路面下0.5米深度的地下结构，液体管路1的埋设端可以设置在该地下结构中心位置的正下方。

利用本发明公开实施例测量得到的路面结构动态位移可以作为待测量路面结构5的平均动态位移，或者，可以作为待测量路面结构5中心位置处的动态位移。

图2为本发明公开的一种路面结构动态位移测量方法的流程图，该方法采用前述实施例中公开的路面结构动态位移测量装置，包括以下步骤：

在步骤S101中，获取待测量路面结构下液压传感器测量的液体初始压力数据。

与前述实施例类似，当没有额外载荷对待测量路面结构施加压力时，利用与液体管路上埋设端密闭连接的液压传感器测量埋设端处液体的液体压力数据，并将此数据作为液体初始压力数据，即待测量路面结构没有发生位移时埋设端处液体的液体压力数据。

在步骤S102中，监测待测量路面结构下液压传感器测量的液体实时压力数据。

与前述实施例类似，当有额外载荷对待测量路面结构上方施加压力时，路面结构可能会发生位移，从而带动埋设端发生位移。因此，将有额外载荷对待测量路面结构上方施加压力时，液体管路上埋设端处液体的液体压力数据作为液体实时压力数据。

监测待测量路面结构下液压传感器测量的液体实时压力数据，若埋设端处液体的液体压力数据发生变化，则说明埋设端发生位移，进而反映出待测量路面结构发生位移的情况；若埋设端处液体的液体压力数据没有发生变化，则说明埋设端没有发生位移，待测量路面结构同样也没有发生位移。

在步骤S103中，根据液体初始压力数据及液体实时压力数据计算待测量路面结构的动态位移。

在获取液体初始压力数据及液体实时压力数据之后，可利用二者的差异判断出待测量路面结构是否发生动态位移，并利用液体压力与液体深度的关系，计算出待测量路面结构的动态位移。

在本发明公开的一个实施例中，根据液体初始压力数据及液体实时压力数据计算待测量路面结构的动态位移，包括：

利用以下公式计算待测量路面结构的动态位移：

其中：Δh为待测量路面结构的动态位移；p为液体实时压力数据；p₀液体初始压力数据；ρ为液体管路中液体的密度；g为重力加速度。

与前述实施例类似，在测量路面结构动态位移的实际情况中，对路面结构施加的压力可以是静态载荷，也可以是动态载荷，本发明公开的实施例，既能测量路面结构承受静态载荷时的位移，也能测量路面结构承受动态载荷时的位移。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。